Данная концепция использует водород, кислород и аргон для обеспечения стабильного горения.
Недавно немецкие исследователи представили водородный двигатель, который может составить конкуренцию дизельным двигателям в самых сложных условиях эксплуатации, работая без выбросов и достигая КПД выше 60 процентов.
Разработанный исследовательской группой Магдебургского университета имени Отто фон Герике, так называемый водородный двигатель работает в замкнутом цикле и повторно использует большую часть рабочих газов после каждого цикла.
Проект возглавлял доктор Герман Роттенгрубер, профессор Института проектирования изделий и систем (IEPS) при университете. Он также получил поддержку Федерального министерства экономики и энергетики Германии.
«Этот подход может стать особенно важным в тех областях применения, где двигатели должны работать под высокими нагрузками в течение длительного времени, быть очень надежными и обеспечивать значительную мощность», — отметил Роттенгрубер.
Двигатель с нулевым уровнем выбросов
Инновационная концепция основана на тщательно сбалансированной смеси водорода, кислорода и аргона. Водород служит источником энергии, кислород обеспечивает протекание реакции, а аргон, являющийся химически инертным благородным газом, выступает в качестве стабильного носителя.
Поскольку аргон не горит и не вступает в реакцию в рабочих условиях, он способствует созданию более контролируемых термодинамических условий внутри двигателя. В результате это повышает эффективность и стабильность системы.
В отличие от традиционной системы сгорания, большая часть газовой смеси в этом двигателе остается внутри системы и используется повторно. После каждого рабочего хода она охлаждается, обрабатывается и возвращается в цикл.
Система удаляет только определенные побочные продукты, одновременно разделяя и сжижая водород, участвующий в реакции. Эта уникальная конструкция позволяет двигателю работать без образования обычных выхлопных газов.
В рамках проекта команда совместно со своими коллегами из WTZ Roßlau gGmbH, научно-исследовательского института, специализирующегося на технологиях двигателей, преобразовании энергии и перспективных видах топлива, протестировала несколько вариантов так называемого двигателя с аргоновым энергетическим циклом на специально оборудованном испытательном стенде. Они также подтвердили работоспособность двигателя с помощью детального компьютерного моделирования.
Экологичное энергетическое решение
Результаты показали, что двигатель способен сочетать высокую мощность с исключительной эффективностью (более 60 процентов), поскольку он способен обеспечивать уровни мощности, сопоставимые с дизельными двигателями. Это делает его особенно привлекательным для тяжелых условий эксплуатации, где критически важны как производительность, так и долговечность.
К ним относятся секторы, где решения на основе аккумуляторных электромобилей часто сталкиваются с трудностями из-за веса, ограничений по дальности хода и требований к зарядной инфраструктуре, такие как большегрузные автомобили, сельскохозяйственная техника, строительная техника и стационарные генераторы электроэнергии.
Однако, по словам Роттенгрубера, замкнутая система может также предложить экономические преимущества. «По нашим оценкам, замкнутая система может быть более экономически эффективной в течение реальных периодов эксплуатации, чем открытый водородный двигатель внутреннего сгорания», — заявил он в пресс-релизе.
Эксперт считает, что это отчасти связано с отказом от дорогостоящих систем очистки выхлопных газов и высокой эффективностью процесса, что со временем может компенсировать возросшую техническую сложность двигателя.
Тем не менее, существующая концепция сталкивается с ограничениями по удельной мощности, поскольку в каждом цикле можно впрыскивать лишь определенное количество водорода. Команда также отметила, что углекислый газ может накапливаться в системе, например, в результате сгорания смазочных материалов.
«Оба этих фактора могут повлиять на эффективность и производительность двигателя, и их необходимо учитывать при дальнейших разработках», — пояснил Роттенгрубер. Концепция уже вызывает интерес в отрасли. «Ведущие производители морских силовых установок уже выразили большой интерес, поскольку растет давление, особенно в этом секторе, с целью создания климатически нейтральных решений к 2050 году», — заключил он.
Sourse: interestingengineering.com
